재구성 가능한 컴퓨터 칩으로 실험실용 올인원 측정 솔루션 생성

연구 경력의 대부분은 중력파를 포함하여 중력의 미세한 변화를 측정하기 위해 광학을 사용하는 데 중점을 두었습니다. 당신의 학업을 설명할 수 있습니까?

나의 주요 연구 관심사는 광학 계측에 있으며 LIGO 와 LISA 중력파 탐지기. 나는 매우 목표 지향적인 사람이고 1996년 대학원생으로 이 분야에서 일하기 시작했을 때 중력파 감지의 큰 측정 과제에 매우 매료되었습니다. 그것은 불가능할 정도로 어려운 문제처럼 보였습니다.  세계에서 가장 민감한 측정 장치를 어떻게 만드나요? 저는 수백 명의 다른 연구원들과 함께 작업하고 있었는데, 덕분에 우리 모두가 덜 미친 듯한 느낌을 받았습니다. 2015년 LIGO가 중력파를 감지했을 때 매우 기뻤습니다.

초기 경력 동안 저는 측정의 문제 해결 측면에 매우 관심을 갖게 되었습니다. 우리는 LIGO 기술을 구축하는 데 많은 시간과 노력을 들였고, 다른 측정 문제를 해결하기 위해 이를 전 세계와 공유할 수 있는 방법에 대해 생각하기 시작했습니다. 이것이 제가 매우 기초적이고 과학적인 수준에서 측정 기술을 이해하는 데 더 깊이 들어가게 된 이유입니다.

당신은 테스트 및 측정 산업의 혁신 부족에 좌절했기 때문에 2014년에 Liquid Instruments를 설립했습니다. 당시 제공된 키트의 문제점은 무엇이었습니까?

그것은 수십 년 동안 변하지 않은 산업 중 하나입니다. 1970년대 또는 1960년대에 오실로스코프를 사용했던 사람들은 현대 장비에 익숙할 것입니다. 테스트 장비는 우리가 기술과 상호 작용하는 방식을 따라가지 못했으며 사용하기가 재미 없었습니다. 많은 다른 산업 분야에서 최신 디지털 기술에 비추어 제품을 개선하고 조정했기 때문에 사람들이 장비와 상호 작용하는 방식을 개선하면 실험실에서의 삶이 개선될 것이라는 사실을 깨달았습니다.

그 무렵 내 중력파 연구는 LIGO와 같은 지상 기반 감지기에서 다음과 같은 우주 기반 감지기로 이동하고 있었습니다. 리사 패스 파인더. 이것은 우리가 측정하는 방식을 바꿔야 한다는 것을 의미했습니다. LIGO는 100,000개 정도의 측정 채널을 가지고 있으며 이를 계속 흥얼거리게 하려면 많은 대학원생과 박사후 연구원이 필요합니다. 우주에서는 그렇게 할 수 없기 때문에 로켓에서 발사하고 XNUMX년 동안 원격으로 작동할 수 있는 새로운 유형의 측정 시스템을 만드는 것이 과제였습니다. 우리는 테스트 및 측정에 대한 물리적이고 고정된 접근 방식에서 지능형 소프트웨어를 사용하는 컴퓨터 기반 시스템으로 이동해야 한다는 것을 깨달았습니다.

FPGA(Field-Programmable Gate Array) 컴퓨터 칩을 사용하기 시작했을 때입니까?

예. 기존 컴퓨터로 테스트 및 측정을 시도할 때의 문제는 정확한 측정을 수행하는 데 필요한 실제 세계에 대한 물리적 연결이 없다는 것입니다. 하지만 1990년대 후반 칼텍에 있을 때 들었던 FPGA라는 새로운 유형의 컴퓨터 칩이 있었습니다. FPGA는 순식간에 완전히 재구성하고 배선을 다시 연결할 수 있는 컴퓨터입니다. FPGA는 컴퓨터 세계를 하드웨어 세계와 병합하고 부품의 합보다 더 큰 것을 만드는 데 유용한 플랫폼처럼 보였습니다.

우리는 FPGA를 사용하여 오실로스코프, 스펙트럼 분석기, 신호 발생기 및 록인 증폭기를 포함한 기존 계측기의 많은 부분을 대체할 수 있다는 것을 깨달았습니다. FPGA를 사용하여 생성할 수 있는 장치의 종류는 100개 또는 XNUMX개 이상일 수 있습니다. 

Moku-Pro는 한 번에 많은 기기를 실행할 수 있습니다. 서로 의사소통이 가능하다 

FPGA 접근 방식의 이점은 무엇입니까?

우리는 FPGA를 사용하여 LISA 중력파 검출기를 위한 위상계를 만들기 시작했습니다. 우리는 유연성 때문에 FPGA 기반 아키텍처를 선택하지 않았습니다. 리사가 요구하는 성능을 얻을 수 있는 유일한 방법이었기 때문에 그때 선택했습니다.

그러나 오실로스코프 또는 스펙트럼 분석기로 실행되도록 FPGA를 재구성할 수 있다는 사실을 금방 깨달았습니다. 결정적으로, 우리는 이 접근법이 많은 이점을 가지고 있다는 것을 알게 되었습니다. 그것은 스펙트럼 분석기가 한 대뿐인 실험실에서 다른 연구원들과 장비를 놓고 싸우지 않아도 된다는 것을 의미했습니다. 또한 장비를 전환하기 위해 물리적으로 케이블을 연결하거나 분리할 필요가 없기 때문에 원격으로 실험을 실행할 수 있음을 의미했습니다. 

FPGA 접근 방식의 또 다른 중요한 이점은 소프트웨어를 사용하여 우리가 원하는 것을 정확하게 수행하도록 계측기를 사용자 정의할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 락인 앰프의 필터를 교체하고 싶을 때 상자를 열고 납땜 인두를 꺼낼 필요가 없었습니다. 

우리는 하나의 장치로 엄청나게 다양한 도구를 만들 수 있습니다. 그리고 그 장치가 매우 유용했기 때문에 우리는 그것을 높은 기준으로 설계하기 위해 노력했습니다. 우리는 전 세계 동료들에게 악기를 빌려주기 시작했고 그들이 절대 돌려주지 않는다는 것을 알게 되었습니다. 그들은 반환을 거부할 것입니다. 그리고 우리는 "오, 그거 흥미롭군."이라고 생각했습니다.

FPGA 접근 방식의 상업적 잠재력을 깨달았을 때입니까? 

예, 우리의 소프트웨어 정의 접근 방식은 우리에게 유연성, 확장성 및 업그레이드 가능성을 제공했습니다. 이 기술은 빠르게 발전했고 10년 또는 XNUMX년 안에 테스트 및 측정 산업을 지배할 것이 분명했습니다. 동시에 컴퓨팅 산업은 사용자 경험을 개선하는 데 중점을 두었고 이는 우리가 정말 매력적인 제품을 가지고 있다는 것을 깨닫게 했습니다.

그래서 2016년에 첫 번째 제품인 Moku:Lab을 출시했습니다. 어땠나요?

우리는 최소한의 실행 가능한 제품으로 Moku:Lab을 출시했으며 여기에는 오실로스코프, 스펙트럼 분석기; 및 파형 발생기. 오늘날 이러한 첫 번째 고객은 이제 iPad에서 앱을 업데이트하기만 하면 12개의 계측기를 실행할 수 있습니다. 이 접근 방식은 시간이 지남에 따라 더 좋아지는 제품인 기술 부문 전체에서 보편화되고 있습니다. 이것은 한 번 구입하면 쉽게 업그레이드할 수 없는 기존의 테스트 장비와 다릅니다.

Moku:Lab은 처음 어떻게 받아들였나요? 

우리가 회사를 시작했을 때 우리 팀과 저는 계측기 개발에 대해 꽤 좋은 평판을 얻었습니다. 그래서 사람들은 무시당하지 않고 "Liquid Instruments 뒤에 꽤 진지한 사람들이 있고 그들이 좋은 아이디어라고 생각한다면 다시 살펴볼 가치가 있을 것"이라고 생각했습니다. 우리의 초기 명성은 대학 시장에서 특히 강했습니다. 제가 상위권 대학인 ANU의 물리학 교수였기 때문입니다. 

우리는 실험물리학자와 공학자들이 미래 지향적인 무리이며 기꺼이 새로운 기술을 시도한다는 것을 알게 되었습니다. 이들은 친구들 사이에서 새로운 개인 기술을 처음으로 채택하는 경향이 있습니다. 또는 어렸을 때 가족의 VCR 타이머 프로그래밍을 담당했을 수도 있습니다. 우리는 초기에 우리 접근 방식의 잠재적 이점을 즉시 확인하고 첫 번째 시도가 완벽하지 않을 것임을 깨달은 많은 지지자들이 있었습니다.

우리가 새로운 시장에 진출하면서 우리는 새로운 기술을 채택할 때 분야마다 위험에 대한 선호도가 다르다는 것을 발견했습니다. 또한 사람들이 새로운 기술을 접할 때 관련된 매우 흥미로운 심리학이 있습니다. 위상계와 잠금 증폭기가 포함된 Moku:Lab의 첫 번째 새 기기를 출시했을 때 이를 발견했습니다. 당시 우리는 그 장치를 5000달러에 팔고 있었는데 두 가지 매우 다른 이야기를 들었습니다. 첫 번째는 “글쎄요, 저는 이 모든 악기를 사용하지 않기 때문에 할인을 받고 싶습니다.”였습니다. 두 번째 그룹의 사람들은 “맙소사, 이것은 정말 놀라운 가치입니다. 정말 이 모든 악기를 그 가격에 제공한다면 아주 좋을 수가 없습니다. 그것들은 모두 쓰레기임에 틀림없다.” 

그래서 우리는 더 적은 수의 장비가 있는 더 저렴한 Moku:Lab 버전을 만들고 이제 12개의 장비와 함께 제공되는 더 비싼 버전을 만들었습니다. 상업적으로 이것은 우리가 내린 최고의 결정 중 하나였습니다. 

이러한 버전 중 하나는 학부 연구실에서 사용하도록 설계되었습니다. 그 시장은 어떻게 생겨났나요? 

우리는 많은 사람들이 학부 연구실에서 오리지널 Moku:Lab을 사용하고 있다는 사실을 알았지만 실제로는 해당 응용 프로그램용으로 설계된 적이 없었습니다. 너무 비싸고 성능이 너무 높았습니다. 그러나 대학에서는 학생들이 그것을 사용하는 것을 정말 좋아한다는 것을 알게 되었습니다. 그들은 개인 기술 장치와 상호 작용하는 방식에 대해 이야기했기 때문에 사용하기에 매력적이고 매력적이며 위협적이지 않다는 것을 알았습니다. 또 다른 장점은 Moku:Lab이 실험실에서 측정을 단순화하여 학생들이 학습해야 할 개념에 집중할 수 있다는 것입니다.

하지만 오리지널 버전이 너무 비싸서 작년에 Moku:Go를 내놓았습니다. 비용은 약 600달러이며 일반적인 전기 공학 또는 물리학 연구실의 전체 학부 벤치 탑을 대체합니다. 그것은 진정한 히트작이었고 우리는 회사 역사상 Moku:Labs를 판매한 것보다 더 많은 Moku:Gos를 이미 판매했습니다. 우리는 그것이 전 세계적으로 과학 교육을 민주화하고 학생 경험을 향상시킬 잠재력이 있다고 믿습니다. 실제로 학생들은 Moku:Go를 사용하기 전까지 실험실 작업을 즐기거나 이해하지 못했다고 편지를 보냈습니다. 매우 만족스럽습니다. 

Moku:Lab의 고급 버전도 출시했습니다.

2016년부터 우리는 많은 경험을 얻었고 훨씬 더 큰 회사가 되었으며 팀에서 훨씬 더 많은 엔지니어링 능력을 보유하고 있습니다. 이를 통해 새로운 주력 제품인 Moku:Pro를 출시할 수 있었습니다. 그것은 우리가 처음에 만들 수 있었으면 하는 제품이지만 거기에 도달하는 데 약간의 시간이 걸렸습니다. 오실로스코프를 포함한 고급 장비와 경쟁할 수 있으며 사람들에게 테스트 및 측정의 미래를 실제로 보여주었습니다.

우리는 FPGA가 시간이 지남에 따라 점점 더 커지고 있다는 사실을 이용했습니다. Moku:Lab은 한 번에 하나의 기기로 실행되도록 설계되었으며 기껏해야 향후 몇 개의 기기를 동시에 실행할 수 있을 것입니다. Moku:Pro의 FPGA는 Moku:Lab 칩 크기의 10배이며 이는 여러 섹션으로 나눌 수 있음을 의미합니다. 하나의 기기만 실행하는 대신 한 번에 여러 기기를 실행할 수 있습니다. 

또한 이러한 계측기는 칩을 떠나지 않는 고대역폭, 무손실 및 저지연 신호를 사용하여 서로 통신할 수 있습니다. Moku:Pro는 현재 전 세계 고급 실험실과 엔지니어링 및 제조 시설에서 널리 사용되는 대형 PXI 및 VXI 시스템의 효과적인 대안입니다.

우리를 위한 또 다른 첫 번째는 Moku:Pro 사용자가 우리가 제공하는 간단한 도구를 사용하여 자신의 계측기로 FPGA를 프로그래밍할 수 있다는 것입니다. 웹 브라우저만 있으면 됩니다. 소프트웨어를 설치할 필요가 없습니다. 처음부터 자신만의 기기를 구축한 다음 몇 분 안에 실험실에서 실행할 수 있습니다. 그것은 사람들이 Moku:Pro를 사용하여 필요한 측정 솔루션을 정확하게 구축할 수 있다는 가능성에 눈을 뜨게 했습니다.